A vía é un dos compoñentes importantes do PCB multicapa, e o custo da perforación adoita representar entre o 30% e o 40% do custo da placa PCB.En pocas palabras, cada burato do PCB pódese chamar vía.
O concepto básico da vía:
Desde o punto de vista da función, a vía pódese dividir en dúas categorías: unha úsase como conexión eléctrica entre as capas e a outra úsase como fixación ou posicionamento do dispositivo.Se a partir do proceso, estes buratos divídense xeralmente en tres categorías, é dicir, buratos cegos, buratos enterrados e buratos pasantes.
Os buracos cegos están situados nas superficies superior e inferior da placa de circuíto impreso e teñen unha certa profundidade para a conexión do circuíto de superficie e o circuíto interior inferior, e a profundidade dos buracos normalmente non supera unha determinada proporción (apertura).
O burato enterrado refírese ao orificio de conexión situado na capa interna da placa de circuíto impreso, que non se estende á superficie da placa.Os dous tipos de buracos anteriores están situados na capa interna da placa de circuíto, que se completa co proceso de moldeo do burato pasante antes da laminación, e varias capas internas poden superpoñerse durante a formación do burato pasante.
O terceiro tipo chámase orificios pasantes, que atravesan toda a placa de circuíto e pódense utilizar para conseguir a interconexión interna ou como orificios de posicionamento de instalacións para compoñentes.Debido a que o orificio pasante é máis fácil de conseguir no proceso e o custo é menor, a gran maioría das placas de circuíto impreso utilízano, en lugar dos outros dous orificios pasantes.Os seguintes buratos, sen instrucións especiais, considéranse buratos pasantes.
Desde o punto de vista do deseño, unha vía está composta principalmente de dúas partes, unha é o medio do burato de perforación e a outra é a zona da almofada de soldadura ao redor do buraco de perforación.O tamaño destas dúas partes determina o tamaño da vía.
Obviamente, no deseño de PCB de alta velocidade e alta densidade, os deseñadores sempre queren que o burato sexa o máis pequeno posible, de xeito que se poida deixar máis espazo de cableado, ademais, canto menor sexa a vía, a súa propia capacidade parasitaria é máis pequena e máis adecuada. para circuítos de alta velocidade.
Non obstante, a redución do tamaño da vía tamén provoca un aumento dos custos, e o tamaño do burato non se pode reducir indefinidamente, está limitado pola tecnoloxía de perforación e galvanoplastia: canto menor sexa o burato, máis tempo levará a perforación, máis fácil será. é desviarse do centro;Cando a profundidade do buraco é máis de 6 veces o diámetro do burato, é imposible garantir que a parede do burato poida estar uniformemente recuberta con cobre.
Por exemplo, se o espesor (a través da profundidade do burato) dunha placa PCB normal de 6 capas é de 50 mil, entón o diámetro de perforación mínimo que os fabricantes de PCB poden proporcionar en condicións normais só pode alcanzar os 8 mil.Co desenvolvemento da tecnoloxía de perforación con láser, o tamaño da perforación tamén pode ser cada vez máis pequeno e o diámetro do burato é xeralmente inferior ou igual a 6 mil, chámanse microburacos.
Os microburacos utilízanse a miúdo no deseño HDI (estrutura de interconexión de alta densidade) e a tecnoloxía de microburacos pode permitir que o burato se perfore directamente na almofada, o que mellora moito o rendemento do circuíto e aforra o espazo de cableado.A vía aparece como un punto de ruptura de discontinuidade da impedancia na liña de transmisión, provocando un reflexo do sinal.Xeralmente, a impedancia equivalente do burato é un 12% máis baixa que a liña de transmisión, por exemplo, a impedancia dunha liña de transmisión de 50 ohmios reducirase en 6 ohmios cando pasa polo burato (específicamente e o tamaño da vía, o grosor da placa tamén está relacionado, non unha redución absoluta).
Non obstante, a reflexión causada pola discontinuidade da impedancia é en realidade moi pequena e o seu coeficiente de reflexión é só:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Os problemas derivados da vía están máis concentrados nos efectos da capacitancia e inductancia parasitarias.
Capacidade e inductancia parasitarias de Via
Hai unha capacitancia parásita na propia vía.Se o diámetro da zona de resistencia de soldadura na capa colocada é D2, o diámetro da almofada de soldadura é D1, o grosor da placa PCB é T e a constante dieléctrica do substrato é ε, a capacidade parasitaria do orificio pasante. é aproximadamente:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
O principal efecto da capacitancia parasitaria no circuíto é prolongar o tempo de subida do sinal e reducir a velocidade do circuíto.
Por exemplo, para un PCB cun espesor de 50 mil, se o diámetro da almofada é de 20 mil (o diámetro do burato de perforación é de 10 mil) e o diámetro da zona de resistencia de soldadura é de 40 mil, entón podemos aproximar a capacidade parasitaria de a vía pola fórmula anterior:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
A cantidade de cambio de tempo de subida causado por esta parte da capacitancia é aproximadamente:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Pódese ver a partir destes valores que aínda que a utilidade do atraso de subida causado pola capacidade parasitaria dunha única vía non é moi obvia, se a vía se usa varias veces na liña para cambiar entre capas, empregaranse varios buratos, e o deseño debe ser coidadosamente considerado.No deseño real, a capacitancia parasitaria pódese reducir aumentando a distancia entre o burato e a área de cobre (Anti-pad) ou reducindo o diámetro da almofada.
No deseño de circuítos dixitais de alta velocidade, o dano causado pola inductancia parasitaria adoita ser maior que a influencia da capacidade parasitaria.A súa inductancia en serie parasitaria debilitará a contribución do capacitor de derivación e debilitará a eficacia de filtrado de todo o sistema de enerxía.
Podemos usar a seguinte fórmula empírica para calcular simplemente a inductancia parasitaria dunha aproximación de buraco pasante:
L=5,08h[ln(4h/d)+1]
Onde L refírese á inductancia de via, h é a lonxitude de via e d é o diámetro do burato central.A partir da fórmula pódese ver que o diámetro da vía ten pouca influencia sobre a inductancia, mentres que a lonxitude da vía ten a maior influencia sobre a inductancia.Aínda usando o exemplo anterior, a inductancia fóra do burato pódese calcular como:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Se o tempo de subida do sinal é 1ns, entón o seu tamaño de impedancia equivalente é:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Tal impedancia non se pode ignorar en presenza de corrente de alta frecuencia a través, en particular, teña en conta que o capacitor de derivación debe pasar por dous buratos ao conectar a capa de potencia e a formación, polo que se multiplicará a inductancia parasitaria do burato.
Como usar a vía?
A través da análise anterior das características parasitarias do burato, podemos ver que no deseño de PCB de alta velocidade, os buratos aparentemente simples adoitan traer grandes efectos negativos ao deseño do circuíto.Para reducir os efectos adversos causados polo efecto parasitario do buraco, o deseño pode ser o máis posible:
Entre os dous aspectos de custo e calidade do sinal, escolla un tamaño razoable do tamaño de vía.Se é necesario, podes considerar o uso de vías de diferentes tamaños, como para a fonte de alimentación ou os orificios dos cables de terra, podes considerar usar un tamaño maior para reducir a impedancia e, para o cableado do sinal, podes usar unha vía máis pequena.Por suposto, a medida que diminúe o tamaño da vía, tamén aumentará o custo correspondente
As dúas fórmulas discutidas anteriormente pódense concluír que o uso dunha placa PCB máis delgada é propicio para reducir os dous parámetros parasitarios da vía.
O cableado do sinal da placa PCB non debe cambiarse na medida do posible, é dicir, intente non usar vías innecesarias.
As vías deben perforarse nos pinos da fonte de alimentación e no chan.Canto máis curto sexa o cable entre os pinos e os vias, mellor.Pódense perforar varios buratos en paralelo para reducir a inductancia equivalente.
Coloque algúns orificios pasantes conectados a terra preto dos orificios pasantes do cambio de sinal para proporcionar o bucle máis próximo para o sinal.Incluso pode colocar algúns buratos de chan en exceso na placa PCB.
Para placas de PCB de alta velocidade con alta densidade, pode considerar o uso de micro-buratos.